优秀课设作品 | 矿业大学大二学弟巧用参数化技术反向塑造淮塔文物保护中心

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哈喽，大家好！本期为大家带来中国矿业大学建筑系大二学生段成璧同学设计的的淮塔文物保护中心。初次收到投稿图纸，在得知作者仅上大二的时候小编较为吃惊，因为二年级就有如此广阔的视野范围，从对设计的理解和知识储备，到软件技术的学习运用（rhino、T-Splines、grasshopper、Ameba、Kramba、lumion等），都和同龄人有着巨大的差距。深入交谈后发现了作者本人是一位对建筑有些炽热情怀和激情动力的同学，其思想和价值观都成熟且乐观积极，至此小编不禁为后浪的成长饱含期待。本项目的推敲逻辑缜密完整并贯穿整个设计流程，很好地将作者个人理念结合软件技术运用到方案落实中，对于大二的学生来说极其不易，那么接下来为大家详细po出作者的设计心路历程，共同感受来自后浪的力量！

精彩大图亮相！

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1. 课设小TIPS

笔者的学校是在有“五省通衢”之称徐州的中国矿业大学，这个课题也是矿大每一届大二下的建筑生，都会遇到的一个充满挑战和思考的设计课题——淮塔文物保护中心。徐州作为淮海战役的重要战场，这座城市里保留着众数对于战争遗存的人，事，物的记忆。正因如此，这次的课题变得充满趣味性，它不单纯的像每个学校的传统“设计课的老三样”——图书馆，幼儿园，建筑系馆那样具有普遍性，建筑可以千城一面。而是拟定在徐州重要文化场地——淮塔烈士陵园内，为淮海战役遗存的文物与遗迹修建一个保护中心。“夫脉者，血之府也”，这个特殊的课设与徐州有一种建筑载地性的文脉延续。

2. 从建筑史维度

到一种陵园肃穆大环境下的跳脱

对于大二的我初次拿到这样一个涉及到建筑场所精神和纪念性的课题，无疑让人既兴奋又忐忑。我认为对于类似重大历史事件的展览馆与保护中心，首先需要解决的问题就是如何兼具纪念性和展览性。因为此类建筑其实是一种集体记忆和历史重现的载体，建筑师或者设计师其实是将建筑作为一个叙事性的纽带来串联起历史的过去，正在发生的当下，将会前往的未来。

这么说显得玄乎了，我们先来回溯几个对于建筑纪念性回溯的经典案例，总结一下类似建筑对于纪念性的诠释，采用了哪些共同的手法。首先，我认为纪念性可大致分为两种——伤痕纪念性（战争，自然灾难）、辉煌纪念性（历史成就点，文明发展成果）。建筑对于两种纪念性的形式语言反馈是不同的，而淮塔文物保护中心作为直面淮海战役遗存这一历史事件的建筑，无疑需要面对的是第一种纪念性（伤痕纪念性），我们来看一看此类建筑的代表——犹太人大屠杀纪念馆，汶川地震纪念馆，南京大屠杀纪念馆。

△ 犹太人大屠杀纪念馆剖面

△ 汶川大地震纪念馆

△ 南京大屠杀纪念馆广场纪念雕塑

不难发现它们都运用了这几种建筑语汇：锋利的光影转折，激烈的锐角空间冲突……换言之，手法基本是完型的建筑体量发生碎裂，形成裂隙，产生锐角空间，人的行为与视线出现压抑性，结合光影再产生希望感，从而激发某种纪念性。

△ 锐角空间与折射光影的纪念性诠释

随着类似的手法越看越多，我渐渐陷入了一种迷茫，为什么纪念性建筑大部分都是这样的让人压抑？建筑的矛盾性与故事性都那么尖锐，颇有一种这件事的本源已经十分痛苦，建筑师却再给它加一把火，用一种更激烈的空间语言来深化这种矛盾，从而让人的心灵感到震荡。

精神在物质的重量下感到压抑，而压抑正是崇拜的起点。

这固然是一种方法，但是我忽然产生了一个新的想法：

为什么不能做一个大环境下的跳脱呢？

选址位于淮海战役烈士陵园内，场地周围包括了硕大体量的纪念碑和碑林，整体氛围已然十分肃穆，我不要再用这样转折碎裂的形体来强化这种矛盾了，我想让这个文物保护中心是一种温柔的姿态，游人和修缮者来到这里，能够暂时的缓和情绪，得到一点舒缓。

什么样的几何原型拥有这种所谓的治愈属性呢？

我觉得是圆，因为它没有任何棱角。

敲定和基本原型，接下来我对整个场地周围进行了分析。场地方圆50米内拥有一个高达38m巨大体量的烈士纪念碑，远远的就能看到，同时也是数条道路的交汇点。同时周围还有大量的碑林建筑，如果建筑是用一种方盒子的大体量介入场地的话，无疑是对纪念碑和碑林体量（实体体量和视觉体量）的削弱，我不希望纪念碑的向心力和崇高的实体纪念性被减弱，于是我打算将建筑主体在地面展开，部分功能置于地下，将建筑的姿态降低，不争风头。同时场地内有一定的高差，我可以将建筑和周围的自然环境做一个结合，建筑“依山造势”，成为地景的一部分。

△ 淮塔纪念碑

前期想法基本已经形成，就是用圆做母题，与周围立方体体量的建筑产生差距感，让来者产生一种压抑大环境下的跳脱，并用光影体现纪念性，同时让建筑依山造势，屋面覆土，兼具地景景观的功能。

可……可我要怎么才能找到一套合适的建筑形式语言来将所有的想法融合成一个整体呢？看到身边的同学都有了成型的方案，甚至做出了很棒的空间节点设计，而我却在不停地对于建筑的史地维度和纪念性产生某种近乎偏执的思考，甚至选择抛弃传统的激烈空间对撞和光影转折的方式来体现纪念性，而企图设计一种圆做母题，我自己都难以名状的建筑治愈的纪念性。我陷入了一种焦虑，但好像心里又觉得安稳，似乎抓住了自己想做的事，潜藏着某种含蓄且坚定的力量……

3. 依山造势，将建筑成为地景的一部分

（METABALL结合遗传算法介入）

该如何做到依山造势？如何将建筑姿态降低呢？

天无绝人之路，在场地调研的过程中，看到了山上遍布一种石头，仿佛从地里长出来，棱角圆润，可能经过风雨的侵蚀，形成了石块间流畅的连接，有消隐的感觉了，那么如果多个功能体量的连接呢？

△ 场地内的石孪

我看到这张融雪图的时候，好像一下子就被点醒了。这种雪刚化，却还没有完全断开，彼此串联，形成的圆滑的过度，微微隆起的雪堆部分和裸露的地面的这种感觉，正是我想要的。

△ 融雪彼此之间的连接

接下来就到了我最喜欢的软件介入阶段，建筑体量生成这一过程运用了Grasshopper进行找形，为了模拟出类似融雪消解那种体与体间，连而不断地柔滑连接，立刻想到了ZAHA银河SOHO案子里的磁场线Metaball这个算法。

△ 银河SOHO和Metaball算法

简单介绍下Metaball算法：

首先是利用Metaball质点建立能量场，然后通过等势面建立3D模型来表现软体或曲面。简单的说，就是在空间里布置一些Metaball，每个Metaball都有一个能量场，通常用势函数来表示。设空间里均布着无数个点。在其中某一点，它的能量为每个Metaball对它的势的叠加。然后在空间的所有点找出势能相同的点，就得到一个由这些点组成的曲面。

这是一个Metaball的例子（采用了两个Metaball, 可以看出两个球靠近时，靠近部分因势函数的叠加而发生融合）。

其实Metaball算法模拟的东西是生活中比较常见的现象，比如两个水珠彼此靠近到一定程度，水珠之间相互交融瞬间时的几何状态等。这个算法现在已经内置在grasshopper中（不得不赞叹gh为建筑学带来了非常多的便利和灵感，让很多其他领域的成果可以轻松地介入建筑设计中，真的非常方便），可以轻松的通过调节场强和质点来进行有功能关系的空间之间的找形。

通过任务书的梳理，大致将建筑拆解为为七个功能部分（展览，办公，文献，修复，库区等）在等高线上设置7个对应的质点。建筑依据山势，即高程数据和等高线信息，逐渐跌下来，在等高线中取得三根代表性的曲线将7个质点，依据等高线下降趋势，分置于三条等高线上。

每个质点均代表一个功能分区，依据不同功能区的面积或性质的不同，给每个质点施加不同的磁场强度，磁场间以引力场的形式相互吸引，空间与空间之间出现磁场相互吸引的桥接形式。

△ 根据等高线“依山造势”

此时按照各质点磁场强度的大小为自变量（这里举个例子，如办公文献与库区修复这两个功能组团间关联程度高，修复工作者会频繁使用文献区，修缮区，因此代表这两个功能区的质点就会被赋予数值较高的强度吸引关系，在建筑形态上就会变现出典型的Metaball融球关系），以高程数据和建筑面积为控制变量，建筑分层切面造型为结果。

通过遗传算法（Galapagos Evolutionary Solver）试图获得建筑造型的最优解形式。然后我的电脑就在这个算法中无数次崩坏，小心脏也跟着起起伏伏。由于变量控制并不合理，有很多的因素没有考虑（比如流线，采光等），所以并没有期待电脑能给我找到一个所谓的最优解，只是在多次迭代中，建筑的体量渐渐清晰。这是算法过程中通过调节质点间引力产生的几种有代表性的体量原型。

△ 通过遗传算法迭代建筑体量找形

所以最终的结果并不是完全意义上的电脑算法生成，而是在人为考虑了入口，流线等关系后得出的结果。要保留游客入口及完整流线，独立办公入口与后勤库区入口，且体量之间围合出两个中庭区域，建筑功能复合我的基本设想。因此选择了其中最合适继续深化的一种作为体量的原型（下图所示）。

建筑就像一个个微微隆起的山包，屋面覆土绿植，建筑就像从地面下生长出来。建筑整体圆润和谐，辅以绿植，这个文保中心应该能让来访者松一口气吧。

4. 反转纪念碑

有了一个满意的体量，接下来就要想如何将光线引入室内，同时体现出建筑的纪念性。建筑的纪念性的雕刻对于我有一种天然的吸引力，这种纪念性更像一种建筑的质感，我对于台交大龚书章先生的一段话至今想起来都感到一种无形的力量感，原话我已经记不清了，大体是这样的表述：建筑的纪念性产生的美基本来自两个部分——统一力量的华美和数大的壮美。

这里我想稍作解释，并用一些例子来佐证。统一力量的华美就是一种纯粹的原始体量带给观者最直接的震撼感，例如方尖碑，金字塔，都是一种纯粹几何量体被无限的放大，最后呈现出一种纪念性的震撼，比如你走入万神庙，抬头仰望穹顶的瞬间，你的反应不会是“这个穹顶好美，因为……”，而是失语性的“哇”，这是一种纯粹体量的震撼，一瞬间迸发出一种难以名状的神圣性。

△ 纯粹硕大几何体量的华美

而数大的美是单一事物的累积最终所爆发出的一种秩序性和神圣感。比如鱼群，鸟群，千佛寺等，单一的个体可能没有了不起，但是当众数的个体合成一个整体，这个场面就让人感觉壮美。

这种手法在建筑中也常用，例如南京大屠杀纪念馆，大量的鞋摆放整齐，产生透视，指向同一方向，仿佛一种无声的哀悼，这个场所的精神性一下子就迸发出来；再例如天津滨海图书馆，层层叠叠的书将人笼罩也会让人产生阅读的神圣感。

△ 数大的壮美

龚书章先生对于这类建筑语言的总结一度让我动容，于是我打算尝试这次就用纯粹体量和数大的美结合，体现出文物保护中心的纪念性，并去试图触碰到某种涉及精神层面的建筑美学。

在纪念性的思索中，我不禁想到，这个建筑叫做淮塔文物保护中心，建筑的核心是为了文物的保护，修缮，展览而服务。这和纪念人或者人物事迹的博物馆或者展览馆有根本的不同，因为这座建筑的主人翁是文物。再加上一个先决条件，场地周围有一个38m高的，巨大的淮海战役烈士纪念碑，烈士纪念碑的对象是人，而我要给文物塑造一个纪念碑，纪念主体是物，物和人应该采用截然不同的方式进行纪念。于是我有了一个大胆的想法——反转纪念碑。

反转并不意味着颠覆或者否定，反转意味着用一种相反的方式来纪念，这在我的对比中发现其中逻辑的可寻性，来一一对比。

① 烈士纪念碑的纪念对象是人（伟人），文保纪念碑的纪念对象是物（文物）；

② 烈士纪念碑是纪念一种逝去；而文保纪念碑是纪念一种存在；

③ 烈士纪念碑是将人向下埋葬，向上立碑进行纪念。而文物纪念碑是将出土的文物向上展出，颇有种“重见天日”的感觉，那么应该向下纪念，将纪念碑反转到地下；

④ 烈士纪念碑所表现出来的形式是一种38米高，巨大体量的物质性实体纪念，那么文保纪念碑应该是表现出一种虚体的，精神性的光影纪念。

经过以上四步的推敲对立，确定了反转纪念碑的逻辑可行性。事实上，这四个想法的确定后心里是十分激动的，觉得抽丝剥茧后找到了一种悸动。于是结合之前龚书章先生关于纪念性的论述，将这个对于文物的纪念碑转译成这样的形式语言——反转的，倒立的巨大圆台几何体量（虚体）；用众数的砖垒砌成一个形似筹墙做法的旋涡一样巨大的洞，作为反转纪念碑的空间界定。

在材料选择上用空心砖，错缝搭接的砌筑方式，整体圆台上大下小。光从顶部的洞口倾泻而下，光线被空心砖粉粹成粒子，不那么直接，而是让光线多一次分隔。同时将整个反转纪念碑结合环绕的步道流线进行游客的流线布置，人进入建筑，环绕着纪念碑步道螺旋式下行，渐渐进入地下，最后到达地下二层的一个冥想空间，抬头回望来的方向，出现一个深约6m的巨大砖砌的空腔纪念碑，光线从头顶细细密密的洒下来，从而产生一种场所精神，涌现出一种纪念性。

△ 地下纪念碑处对于天空的回望

△ 纪念碑入口——细碎的光影

建筑整个纪念碑在建筑中的关系在这幅剖面图中得到了很好的体现，硕大的筹墙纪念碑被反转至地下，环绕螺旋展览流线。

5. 拓部结构优化处理柱洞结构

完成了核心建筑理念的反转纪念碑，了却了一桩心事，接下来可以大胆的做造型了。因为建筑主体是在一种地景的方式在地面上铺的比较开，所以我打算在当时体块生成的7个质点中心都添加一个柱洞，既作为结构支撑，又能开洞实现采光和通风，同时最好造型能曲线自由一些，希望能用几个比较大的柱洞完成建筑中大空间的结构支撑需求。这个时候想到了弗雷·奥托的”C”形柱的做法。

△ 用TS模仿C形柱造型在空间中的视觉感受，弗雷·奥托“C”形柱做法

马上用Ts-pline做了一个类似造型的，看了看在空间中的感觉。

于是我想到了解决结构承重和造型的算法——双向渐进拓扑结构优化（BESO），像卡塔尔会议中心，喜马拉雅证券中心都用了拓扑结构优化算法来处理结构柱的问题，同时满足了优美的仿生曲线形状，这让我眼前一亮，殊不知这是一个大坑。

△ 卡塔尔会议中心

△ 上海喜马拉雅中心

俗话说：“工欲善其事,必先利其器”，于是我找到了谢亿民院士研发做拓扑结构优化的很火的插件——AMEBA。支持云端计算，但是看到支持AMEBA MESH PRO 版本的要近130元一周起步，试用版五天过期后，还是打了退堂鼓（钱包告急）。

之后找替代方法的时候，发现MILLIPEDE（千足虫）插件也可以达到类似的效果，做到拓扑结构优化，迭代计算，只是无法上传云端，运算速度比较慢，不过既然免费，还是可以一试。

于是我将柱体，荷载，基座这几个部分分别倒入进行运算，得到了许多有趣的形体，不过由于无法确定屋面覆土的荷载重量，最终还是无法得到准确的形体迭代结果，而且大跨距的桁架对于柱洞几乎都形成了上方环形荷载，计算的难度也陡增，可能需要结合其他力学插件才能进行进一步的迭代计算，于是也只能作罢，最后决定做几个雏形进行示意，至于拓扑结构优化的算法还有很多需要学习和多软件协同的，以后合适的地方再当做设计核心研习一下好了（给自己挖了个坑）。

6. 建筑细化表现与屋面塑造（TS介入）

最后部分就是建筑主体的细化和屋面形体的起伏了，现在的体块是建筑完全趴在地上的状态，我希望建筑的边缘进行起伏，形成类似挑檐的屋面结构，同时也在曲线的起伏中自然形成窗和入口空间。

在这一步的调形中，我运用了Ts-pline进行手动调形、布线、桥接，希望用尽可能少的四边面去拟合出我脑海中想要的形态，这个过程就是polygon建模大量重复波折的体力劳动，由于TS的工作只能在rhino5中完成（希望rhino7能早日补全细分建模这个空缺）这个期间rhino6和rhino5之间不知道互导过多少文件。

△ 建筑起伏的屋顶形成窗，入口

檐口的起伏角度，高度，基本就是结合模拟人视角的视线和个人审美经验进行一次次的调整，以渐渐契合建筑屋面整体覆土，起伏像一个个的小山包的建筑曲线走势，最后经过多次调整形成了这样的立面。

△ 四视立面，建筑屋面的起伏

△ 平面图&剖面图

最后再来看一遍建筑生成的过程：

结语

这个设计在交图后的一瞬间，心里莫名有点失落——由于时逢疫情，并没有公开评图的环节，加上软件协同的关系，也没有找到志同道合的同学一起完成这个作业。可能一个人日日夜夜的推敲和琢磨出的设计，最后失去了一个和老师同学交流思辨的机会，只化成一个分数，草草结束，难免想起来还是觉得可惜。在这里非常感谢王祥学长和TransAxis的约稿，让我能完整的把整个设计过程和大家分享，也希望能和耐心看到这里的读者或多或少产生一些共情，这大概是对我最大的褒奖，这种悸动远胜过一个设计最后的分数。

我觉得大学每一个设计都是在督促我们去不断了解新的建筑设计语言，新的软件，新的表现法……不要给自己的设计形式和风格盖棺论定，敢于尝试和犯错，最后才能把自己设计的路走得开阔。从大二开始的每一个设计我都强迫自己去学新的软件（rhino, gh, maya, blender...），尝试新的算法，希望能找到最能表现自己设计意图的工具，同时我要不断地提醒自己，软件和表现永远只是工具，核心的还是设计，设计的好坏可能没有严格的标准，但美丑的红线是纯粹的。

说点不切实际的哈哈，我认为建筑师的建树应该在40岁左右，这是一个分水岭，在之前应该不断吸收新的东西，储备自己试错的资本，持续地学习输入，了解新的东西，把设计的视野打开，把路走开阔；40岁后要学会把路走窄，走得专而精，回到一种纯粹地设计状态里，在自己走过路途中的每一步都插上鲜明的旗帜。

大学的设计可以是概念化的，谈论理念和假想；也可以是务实的，去探索结构与功能。二者我觉得无所谓好坏，一个好的老师应该在你想和他谈概念的时候鼓励你，在你想谈结构时指导你。而不是你一腔热情地谈概念，只换来数句结构柱网有问题；你想讨论结构功能的严谨性，得到的只是设计没想法，中规中矩。老师应该关注学生已经设计的地方给出建议再鼓励设计欠佳的地方，如此因才施教，才能循环往复，促人进步。但如果大环境已然骚动和失活，那也请做自己。

一个好的设计一定是从一而终地，一开始脑海里有了一种朦胧的影像，暧昧缱绻不清，这是灵感，而设计就是拨云见日的过程，让灵感有了骨肉，设计也就算成了。最后如若这个成果比较当初的灵感，非但没有减损，反而更加地恰当和坚韧，那便可谓是好的设计了。

故事的最后

为大家揭开作者的神秘面纱！